专利名称：一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种斜拉索锚固区磁致伸縮 导波检测系统。
背景技术：
斜拉索作为斜拉桥的关键承载部件，对其进行检测是维护桥梁正常运 行的重要组成部分。目前用于斜拉索检测较为成熟的是磁性检测方法，一 般利用爬行机器人携带检测设备在斜拉索上进行扫描实现检测。武新军等 [1武新军，王峻峰等，斜拉桥缆索缺陷检测系统的研制，机械科学与技术.
2Q01， 20(6): 901-903; 2武新军，康宜华等，斜拉桥缆索缺陷检测机器人 的研制，机械与电子.2001， l:47-48]基于漏磁检测原理研制了斜拉桥缆索 检测系统和斜拉桥缆索缺陷检测专用机器人。该系统只能对传感器到达的 部位进行检测，对于锚固区这类无法到达的部位无法实现检测。而锚固区 是整根斜拉索最容易出现问题的部位。目前国内外仅仅开展了针对斜拉桥 拉索安全检测的研究，几乎没有关干锚固区检测的研究，所以也没有相关 的检测系统。

发明内容
本发明的目的是提供一种斜拉索锚固区磁致伸縮导波检测系统，该系 统能够实现斜拉索锚固区的快速检测，检测时无需中断交通。
一种斜拉索锚固区磁致伸縮导波检测系统，包括激励单元l、功率放大
器2、门控单元3、 USB信号发生采集单元4、计算机5、程控滤波放大单 元6、信号预处理单元7和接收单元8，
USB信号发生采集单元4产生的正弦信号依次通过门控单元3、功率放 大器2到达激励单元1，激励单元1通过磁致伸縮效应在斜拉索中产生弹性 波；
接收单元8通过逆磁致伸縮效应将探测到的弹性波转换为电信号，电 信号依次通过信号预处理单元7、程控放大滤波单元6、 USB信号发生采集 单元4到达计算机5;
计算机5第一控制输出端、第二控制输出端和第三控制输出端分别与 门控单元3、 USB信号发生采集单元4和程控滤波放大单元6的控制输入 端连接。
本发明通过磁致伸縮导波激励单元在斜拉索中产生弹性波，该弹性波 在斜拉索索体和锚固区中传播，并由接收单元将弹性波转化为电信号，经 信号预处理单元处理后，再经过程控放大滤波单元进行放大滤波处理，输 入到高速USB数据采集通道转换为数字信号进入计算机，计算机将采集的 数据进行存储和显示，得到锚固区的检测结果。本发明无需在锚固区设置 任何设备，操作方便，检测时无需中断交通，实现斜拉索锚固区的快速检


图l是本发明的系统框图。 图2是本发明实施的示意图。
图3是利用本发明对锚固区无缺陷斜拉索检测的信号波形图。 图4是利用本发明对锚固区有缺陷斜拉索检测的信号波形图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的内容。
本发明的系统框图如图1所示。激励单元1含有激励传感器和偏置磁 场产生装置，偏置磁场可通过电磁铁或永久磁铁产生，激励单元的输入端 与功率放大器相应输出端相连，激励单元利用磁致伸縮效应在斜拉索中激
励出弹性波；功率放大器2用于放大门控单元3输出的脉冲小信号并提供 给激励单元，功率放大器2的输入端与门控单元3的相应输出端相连；门 控单元3的信号输入端与USB信号发生采集单元4相应输出端相连，门控 单元3的控制输入端与便携计算机5串口相连；USB信号发生采集单元4 用于产生特定频率、幅值的正弦波信号，进行检测信号的高速采集，USB 信号发生采集单元4的控制输入端和数据输出端通过USB接口与便携计算 机5相连，USB信号发生采集单元4的信号采集输入端与程控放大滤波单 元6相应输出端相连;便携计算机5通过软件分别实现程控放大滤波单元6、 USB信号发生采集单元4及门控单元3的控制和数据采集，便携计算机5 具有数据存储、显示等功能；程控放大滤波单元6含有可编程信号放大器 和滤波器，程控放大滤波单元6的信号输入端与信号预处理单元7相应输 出端相连，控制端与便携计算机5串口相连；信号预处理单元7含有小信 号放大器和滤波器，信号预处理单元7输入端与接收单元8相应输出端相 连；接收单元8含有接收传感器和偏置磁场产生装置，用于接收锚固区的
回波检测信号，偏置磁场可通过电磁铁或永久磁铁产生。
其中功率放大器2用于放大小脉冲信号，频率范围10kHz至800kHz， 最大输出电压峰值IOOOV，瞬态功率5kW;门控单元3根据计算机的控制 信号通过单片机控制产生相应宽度的门信号，用于开启功率放大器，确保 其工作在脉冲模式，门控电路截断周期1至10可调，脉冲重复频率1至 100Hz可调；USB信号发生采集单元4信号发生输出正弦波信号的频率 10KHz至800KHz可调，信号采集的采样速率大于5MHz/采样点；便携计 算机5的内存不小于1G， CPU不低于2GHz;程控滤波放大单元6带通范
围最小10kHz，最大lMHz，放大倍数10倍至10000倍可调；信号预处理 器7带通范围10kHz至lMHz，放大倍数1倍至100倍可调。
图2是本发明实施的示意图。首先将系统中的激励单元1和接收单元8 安装在斜拉索索体9上，安装位置可以有不锈钢保护套筒，同时也不需要 破坏斜拉索索体的高密度PE，利用本发明的系统在检测的斜拉索索体9中 激励弹性波，弹性波传播到斜拉索锚固区10时，当锚固区IO无缺陷时将 产生正常的回波信号，当锚固区10有缺陷时将产生缺陷的回波信号，通过 检测信号就可以实现锚固区10的缺陷检测，同时当弹性波在索体9中传播 时如果索体9存在缺陷将产生缺陷的回波信号，从而也可实现斜拉索索体9 的检测。
以下结合本发明的内容提供一个实施例。
锚固区无缺陷斜拉索直径为60mm，由55根直径7mm的平行钢丝构成， 钢丝外层包有高密度PE材料。激励单元的线圈为长280mm，宽50mm，匝 数40匝，用线径为0.3mm的排线制成，激励单元的偏置磁场由永久磁铁产 生。接收单元的线圈的规格与激励单元的线圈一样，接收单元的偏置磁场 也由永久磁铁产生。首先分别将磁致伸縮传感器激励单元和接收单元安装 在待测斜拉索的索体上，利用便携计算机控制USB信号发生采集单元中信 号发生器的频率为40kHz，再控制门控单元设定脉冲的个数为2个，重复 频率为5Hz，采集时间为2ms，重复次数为500次。脉冲信号经功率放大器 放大后传输到激励单元，通过磁致伸縮效应在斜拉索中产生弹性波，接收 单元利用逆磁致伸縮效应将弹性波信号转换为电信号，信号经预处理器后 进入程控放大滤波单元，利用便携计算机控制程控放大滤波单元的放大倍 数为1000倍，带通滤波器的通带范围为[20kHz,60kHz]，信号经程控放大滤 波单元处理后通过信号采集端口进入USB信号发生采集单元，经其中的 A/D转换器后进入计算机。图3是所示对锚固区无缺陷斜拉索检测的信号 波形图，图3中包括通过空气耦合电磁脉冲信号Mp第一次通过接收单元
的信号Sp锚固区及端部回波信号S2。
锚固区有缺陷斜拉索的规格与上述斜拉索一致，磁致伸縮激励单元和 接收单元的安装位置及系统设置均与无缺陷的一致，仅在锚固区存在缺陷，
得到的检测信号如图4所示。图4中包括通过空气耦合电磁脉冲信号Mj， 第一次通过接收单元的信号Sp缺陷的回波信号F,，锚固区及端部回波信
号S2。
该系统可以在不中止桥梁正常交通、不破坏斜拉索外层保护高密度PE 材料实现斜拉索锚固区的检测，也可以用于斜拉索索体的检测。
权利要求
1、一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，其特征在于，包括激励单元(1)、功率放大器(2)、门控单元(3)、USB信号发生采集单元(4)、计算机(5)、程控滤波放大单元(6)、信号预处理单元(7)和接收单元(8)，USB信号发生采集单元(4)产生的正弦信号依次通过门控单元(3)、功率放大器(2)到达激励单元(1)，激励单元(1)通过磁致伸缩效应在斜拉索中产生弹性波；接收单元(8)通过逆磁致伸缩效应将探测到的弹性波转换为电信号，电信号依次通过信号预处理单元(7)、程控放大滤波单元(6)、USB信号发生采集单元(4)到达计算机(5)；计算机(5)第一控制输出端、第二控制输出端和第三控制输出端分别与门控单元(3)、USB信号发生采集单元(4)和程控滤波放大单元(6)的控制输入端连接。
全文摘要
一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，USB信号发生采集单元产生的正弦信号依次通过门控单元、功率放大器到达激励单元，激励单元在斜拉索中产生弹性波和磁场，弹性波通过磁场向外传播；接收单元接收来自激励单元的弹性波，将其转换为电信号，电信号依次通过信号预处理单元、程控放大滤波单元、USB信号发生采集单元到达计算机，计算机将采集的数据进行存储和显示，得到锚固区的检测结果。本发明实现对斜拉索锚固区的快速检测，检测时无需中断交通，可用于斜拉桥的日常检测。
文档编号G01N29/14GK101393173SQ20081019682
公开日2009年3月25日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者康宜华, 江 徐, 武新军, 琛 黄 申请人:华中科技大学